脉冲中子测井.ppt

1、21,1,矿场地球物理,西安石油大学石油工程学院 高 辉 2009.9,21,2,第10章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging),10.1 中子寿命测井 10.2 非弹性散射伽马能谱测井 10.3 中子活化测井,21,3,10.1 中子寿命测井（NLL）,中子寿命测井也叫热中子衰减时间测井（TDT），通过测量热中子在地层中的寿命，研究地层对热中子的俘获性质，从而认识地层的一种中子测井方法。,一、中子寿命测井的基本原理,10.1 中子寿命测井,由井下仪器的脉冲中子源在井内向地层发射14Mev的快中子，经过和地层的原子核发生非弹性散射和弹性散射逐渐减速成为热中子，直至被俘获

2、产生伽马射线。,21,4,热中子寿命的长短和物质的宏观俘获界面有关，地层介质的宏观俘获界面大，热中子将迅速被俘获，热中子寿命就短，岩石的宏观俘获界面是岩石中各个核素的微观俘获截面总和。 沉积岩中，除硼外，氯核素的微观俘获界面比其他核素大得多，所以岩石的宏观俘获截面的大小主要取决于氯的含量，即主要取决于地层水的矿化度。地层水的含盐量越大，则其俘获截面越大，热中子寿命就越短。,10.1 中子寿命测井,21,5,记录热中子寿命或岩石的俘获截面能反映地层中含氯量的多少。盐水层比油层含氯量大，因此，盐水层有比油层宏观俘获截面大得多和热中子寿命小得多的特点。可用来划分盐水层。,快中子变成热中子以后，热中子

3、开始向周围扩散。在地层内的扩散中，地层中某点的热中子密度N随时间按指数衰减：,N0开始衰减时的热中子密度； N经过时间T的热中子密度； 岩石的热中子寿命。,10.1 中子寿命测井,21,6,测量俘获伽马射线强度或热中子密度，都可以求得地层的热中子寿命或者岩石的宏观俘获截面。,在两次发射脉冲中子之间，在俘获伽马射线强度随时间按指数规律衰减的时间范围内，选取两个适当的延迟时间T1和T2，分别在T1和T2时间段内（T1和T2测量时间门），测量热中子被俘获所放出来的俘获伽马射线强度，T1时刻和T2时刻的俘获伽马射线计数率分别为：,10.1 中子寿命测井,21,7,10.1 中子寿命测井,实际上测井中不

4、测热中子密度而只测量与n1,n2成正比的俘获射线的计数率N1，N2。,n热中子密度,21,8,整理后得：,T1、T2已知，测量得到N1、N2再由中子寿命测井仪的专用计算线路，计算得到热中子寿命或宏观俘获截面。提升仪器沿井身连续测量则会得到热中子寿命或宏观俘获截面曲线。,10.1 中子寿命测井,21,9,二、中子寿命测井的应用,1、划分油水层,矿化度较高的水层有比油层大的俘获截面（或较小的中子寿命），可用中子寿命测井曲线，划分油层和盐水层。,2、观察油水或气水界面变化,采油过程中含水饱和度不断变化，油水界面向上移动。在地层水矿化度较大的情况下，利用不同时间测的宏观俘获截面或中子寿命曲线，可以了解

5、油水或气水界面向上移动速度，井身由浅到深，中子寿命曲线在油水或气水界面处由高值变为较低值。,10.1 中子寿命测井,21,10,10.1 中子寿命测井,21,11,3、求含水饱和度,在地层孔隙度比较大，且地层水矿化度比较高的情况下，可以由中子寿命测井的宏观俘获截面求含水饱和度,纯地层情况下的地层宏观俘获截面为：,含泥质地层用的含水饱和度为：,10.1 中子寿命测井,21,12,第10章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging),10.1 中子寿命测井 10.2 非弹性散射伽马能谱测井 10.3 中子活化测井,21,13,10.2 非弹性散射伽马能谱测井,一、非弹性散射伽马能

6、谱测井基本原理,非弹性散射伽马能谱测井是利用脉冲中子源向地层发射14MeV高能中子，测量这些快中子与地层物质的核素发生非弹性散射放出的伽马射线能谱的一种测井方法。,1、概念,2、原理,由于快中子与地层中不同核素发生非弹性散射放出具有不同特征能量的伽马射线，通过对非弹性散射伽马射线进行能量分析，分别测量各种能量的非弹性散射伽马射线强度，就可以确定地层中存在某种核素和它们各自的浓度。,根据不同核反应的时间分布，按照时间先后仪器开有脉冲门、俘获门等测量门、分别接收非弹性散射伽马射线和俘获伽马射线。利用多道脉冲幅度分析器进行伽马能谱分析，分别测量不同能量的非弹性散射伽马射线强度和俘获伽马射线强度。,1

7、0.2 非弹性散射伽马能谱测井,21,14,二、非弹性散射伽马能谱测井的应用,岩石内常见的核素中，C12和O16都具有较大的快中子非弹性散射截面，并且所产生的非弹性散射伽马射线均有较高的能量。 C12和O16分别为油、气和水的很好指示核素。所以非弹性散射伽马能谱测井选择测量地层中的碳和氧所产生的非弹性散射伽马能谱，取其计数率比值（C/O），来确定储层的含油饱和度，称为碳氧能谱测井。,10.2 非弹性散射伽马能谱测井,21,15,1、确定含油饱和度,不同的含油饱和度，碳氧比能谱测井得到的C/O不同，根据C/O和含油饱和度值的关系曲线，可以由C/O确定含油饱和度。,只有在孔隙度比较大的情况下，由C

8、/O确定的So才比较可靠。 岩性不同的地层C/O和So有不同的关系曲线，石灰岩比砂岩的高。,10.2 非弹性散射伽马能谱测井,21,16,2、利用C/O测井曲线划分水淹层,含油砂岩和含水砂岩的C/O的相对差别在28%以上，而油层水淹后，水淹部分C/O明显下降。,10.2 非弹性散射伽马能谱测井,21,17,3、以Si/Ca定性指示岩性,反应骨架中CaCO3含量的多少，并反映骨架含碳量的多少可作为C/O测井解释的参考。,4、确定孔隙度指数和泥质指数,中子不同的核素产生的俘获伽马射线能量也是不同的，因此，由俘获门接收并作能量分析，所记录的氢、钙、硅以及铁的俘获伽马射线的计数率，可用来计算出孔隙度指

9、数和泥质指数。,钙+硅反应骨架，氢反应孔隙度，铁反应泥质。,10.2 非弹性散射伽马能谱测井,21,18,第10章脉冲中子测井 (Pulsed neutron logging),10.1 中子寿命测井 10.2 非弹性散射伽马能谱测井 10.3 中子活化测井,21,19,10.3 中子活化测井,一、中子活化测井的基本原理,用脉冲中子源，向地层发射14MeV的快中子，地层中某些稳定的核素，在中子的照射下转变为放射性核素，即核被活化，快中子和热中子均可使核活化。活化核具有一定较短的半衰期，衰变能发射出具有一定特征能量的伽马射线，称之为活化伽马射线。按照活化伽马射线产生的时间分布特征，选择适当的照射

10、时间、测量时间和能谱段，测量某种能量的活化伽马射线强度来识别地层中存在的核素及其浓度。,由于储层中的岩石骨架主要由SiO2、CaCO3等矿物组成，泥质含有较多的Al2O3，地层水中溶有NaCl等矿物，所以中子活化测井常以Si28、Ca48、Al27、Cl37为指示核素。测量这些核素活化放出的具有不同特征能量的活化伽马射线强度就可以指示岩性、区分油水层。,又称为：硅测井、铝测井和氯测井。,10.3 中子活化测井,21,20,二、中子活化测井应用,1、利用硅测井识别岩性,因为砂岩的骨架主要由SiO2组成，而碳酸盐岩地层却基本上不含Si，所以用硅测井可以有效地把砂岩和碳酸盐岩区别开，并能在页岩中划出粉砂夹层。,2、利用硅铝比确定泥质含量,一般泥岩的硅与铝的重量比为2：1到4：1，而纯砂岩的硅铝比非常高，根据硅铝比与泥质含量建立关系曲线。